СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГАЗОВОЙ ТУРБИНОЙ И СЧИТЫВАЕМЫЙ КОМПЬЮТЕРОМ НОСИТЕЛЬ ХРАНЕНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ТАКОГО СПОСОБА Российский патент 2021 года по МПК F02C9/26 

Область техники

Настоящее изобретение относится в общем к контроллерам для газовых турбин, к газовым турбинам, содержащим такие контроллеры, и к способам управления такими газовыми турбинами.

уровень техники

Пример типовой конструкции газовой турбины показан на фиг. 1. Газовая турбина содержит воздухозаборник 10 на одном конце, за которым следует ступень 11 компрессора, в которой входящий воздух сжимается для использования в одной или нескольких камерах 12 сгорания, которые распределены по окружности вокруг оси 13 турбины. Топливо вводится в камеры сгорания в 14 и смешивается там с частью сжатого воздуха, покидающего ступень 11 компрессора. Горячие газы, созданные сгоранием в камерах сгорания, направляются на набор лопастей 15 турбины, будучи направляемыми в этом процессе набором направляющих лопаток 16, и в результате лопасти 15 турбины и вал, формирующий ось 13, поворачиваются. Лопасти 15 турбины в свою очередь вращают лопасти ступени 11 компрессора, так что сжатый воздух подается самой газовой турбиной, как только она приводится в действие.

Часть типовой камеры сгорания показана на фиг. 2A. Фиг. 2B показывает сечение вдоль линии III-III, показанной на фиг. 2A. Камера сгорания имеет четыре части: переднюю часть 20, часть 22 завихрителя, часть 22 предкамеры горелки и объем 23 сгорания. Основное топливо вводится в завихритель 21 через переднюю часть 20 по трубопроводу 24, в то время как запальное топливо поступает в пространство камеры сгорания по трубопроводу 25, имеющему на своем конце форсунку 29 запального топлива. Основной и запальный топливные потоки выводятся из клапана 26 разделения топлива, питаемого топливоподачей 27, представляющей полную подачу топлива в камеру сгорания. Основной топливный поток входит в завихритель через набор основных топливных форсунок (или инжектор) 28, откуда он направляется вдоль лопаток 30 завихрителя, смешиваясь в этом процессе с входящим сжатым воздухом. Топливо может представлять собой газообразное топливо или жидкое топливо. Получающаяся в результате воздушно-топливная смесь поддерживает пламя 30 горелки. Горячий воздух из этого пламени поступает в объем 23 сгорания. Газовая турбина часто будет содержать некоторое число таких камер сгорания, и в этом случае распределение основного и запального топливных потоков будет обычно таким, как показано на фиг. 3.

Из экологических соображений, существует постоянное стремление уменьшить выбросы загрязняющих веществ из газовых турбин. Потенциальные выбросы загрязняющих веществ включают в себя оксиды азота (NO и NO₂, в общем упоминаемые как NOx), оксид углерода (CO), несгоревшие углеводороды (UHC, обычно выражаемые как эквивалент метана), оксиды серы (SO₂ и SO₃) и взвешенные частицы (PM). UHC обычно включают в себя летучие органические соединения (VOC), которые вносят вклад в формирование атмосферного озона в приземном слое, в дополнение к соединениям, таким как метан и этан, которые не вносят вклад в формирование озона. Количества SO₂, UHC и PM обычно считаются пренебрежимо малыми при сгорании природного газа. Однако выбросы NOx и потенциально CO могут быть значительными при сгорании природного газа и/или нефтяного топлива в газовых турбинах.

Количество производимого NOx зависит от температуры сгорания и/или отношения топлива к воздуху. Когда сгорание происходит при низких температурах и/или при низких отношениях топлива к воздуху, выбросы NOx уменьшаются. Традиционные способы уменьшения выбросов NOx включают в себя влажное подавление выбросов (WLE), при котором впрыскивание воды или пара уменьшает отношения топлива к воздуху, и сухое подавление выбросов (DLE) и сухое подавление NOx (DLN), которые используют принципы сжигания предварительно подготовленных бедных смесей. DLE может уменьшать выбросы NOx и CO до менее 25 ppmv (частей на миллион по объему) или даже менее 10 ppmv, в то время как DLN может уменьшать выбросы NOx до менее 25 ppmv.

Фиг. 4 показывает график спада запального давления на запальной форсунке как функцию температуры внешней среды для разных нагрузок L 80%, 90% и 100% для типовой газовой турбины, нормализованную для температуры внешней среды 50ºC и нагрузки L 80%.

В общем, вариация условий внешней среды, например, температуры, давления и/или влажности внешней среды, может вызывать вариации в давлении, температуре и/или расходе на входе камеры сгорания. Для газовых турбин, температуры выпуска камеры сгорания TX и/или температуры впуска турбины TI (также известные как TFIRE) могут быть ограничены максимальным и/или постоянным значением, так что выход мощности из газовых турбин меняется из-за вариации условий внешней среды. Известно управление топливным процентом из различных топливных схем, например, потоков основного и/или запального топлива, как функции TFIRE. Например, путем управления количеством запального топлива, можно управлять локализованной температурой горячих газов или продуктов, и выбросы NOx могут быть уменьшены.

В общем, газовые турбины работают в широких диапазонах температур внешней среды от приблизительно -40ºC до приблизительно +50ºC (т.е. от приблизительно 233 K до приблизительно 323 K). На относительно низких температурах, например, ниже 0ºC (т.е. ниже 273 K), относительно высокие плотности и, таким образом, расходы воздуха приводят к относительно высоким выходам мощности из газовых турбин, по сравнению с относительно высокими температурами.

Как показано на фиг. 4, спад запального давления в общем снижается по мере повышения температуры внешней среды, для разных нагрузок L 80%, 90% и 100%. Более того, спад запального давления повышается по мере повышения нагрузки L, для разных нагрузок L 80%, 90% и 100%, для данной температуры внешней среды. Отметим, что для нагрузки L 100%, спад запального давления имеет максимум приблизительно при -20ºC.

Как показано на фиг. 4, при температуре внешней среды 50ºC и нагрузке 100%, нормализованный поток топлива составляет 1,16 единиц. Напротив, при температуре внешней среды -20ºC и нагрузке 100%, нормализованный поток топлива составляет 1,87 единиц. Это является значительным изменением, представляя собой повышение приблизительно 61% в потоке топлива.

Однако предпочтительно сохранять температуру впуска турбины TI постоянной и/или ограниченной, во избежание повреждения металлических компонентов газовых турбин. Таким образом, для поддержания температуры впуска турбины TI постоянной и обеспечения возможности газовым турбинам производить больше мощности при относительно низких температурах и, таким образом, расходах воздуха, больше топлива подается в газовые турбины. Обычно, как описано выше, газовые турбины могут содержать множество потоков топлива, и может требоваться, чтобы поток запального топлива поддерживал стабильность пламени и/или поддерживал пламя зажженным. Таким образом, запальное топливо (также известное как первичное топливо) может добавляться в зону сгорания, где смесь запального топлива и воздуха сгорает в режиме диффузного горения. Обычно, запальное топливо представляет малый процент топлива, остальное топливо разделяется на потоки вторичного и/или третичного топлива. Однако сгорание запального топлива может неблагоприятно влиять на выбросы NOx.

Традиционные способы уменьшения выбросов NOx при низких температурах, например TET, и/или при низких отношениях топлива к воздуху приводят к уменьшению термодинамической эффективности и/или выхода мощности газовых турбин. Это противоположно типовой цели повышения термодинамической эффективности. Дополнительно, такие традиционные способы уменьшения выбросов NOx обычно касаются работы газовых турбин на полных нагрузках. К тому же, известные алгоритмы управления запальным топливом для низких нагрузок обеспечивают ограниченное управление динамикой сгорания, например, температурой металла, стабильностью пламени и/или выбросами. Более того, на стабильность пламени и/или выбросы может оказывать влияние сложное взаимодействие между условиями окружающей среды и рабочими условиями, вместе со специфическими для газовой турбины факторами, такими как возраст и загрязнение.

Таким образом, существует потребность в усовершенствовании управления газовыми турбинами для улучшения температуры металла, стабильности пламени и/или выбросов.

Краткое описание изобретения

Одна цель настоящего изобретения, помимо прочих, состоит в обеспечении контроллера для газовой турбины, газовой турбины, содержащей такой контроллер, и способа управления такой газовой турбиной, который улучшает температуру металла, стабильность пламени и/или выбросы, например, при низких температурах и/или низких нагрузках.

В соответствии с первым аспектом, обеспечен контроллер для газовой турбины, выполненный с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом топлива FF в камеру сгорания, причем средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, причем контроллер выполнен с возможностью управлять пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, расхода топлива FF.

В соответствии со вторым аспектом, обеспечена газовая турбина, выполненная с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом топлива FF в камеру сгорания, причем средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, причем газовая турбина содержит контроллер, выполненный с возможностью управлять пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, расхода топлива FF.

В соответствии с третьим аспектом, обеспечен способ управления газовой турбиной, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом топлива FF в камеру сгорания, причем средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, причем способ содержит:

управление пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, расхода топлива FF;

за счет чего температура металла и/или выброс улучшается.

В соответствии с четвертым аспектом, обеспечен осязаемый не-временный считываемый компьютером носитель хранения, имеющий записанные на нем инструкции, которые при реализации контроллером для газовой турбины, выполненной с возможностью подавать нагрузку, газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом топлива FF в камеру сгорания, причем средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, побуждают контроллер выполнять способ управления газовой турбиной, причем способ соответствует третьему аспекту.

В соответствии с пятым аспектом, обеспечен контроллер для газовой турбины, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом топлива FF в камеру сгорания, причем средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, причем контроллер выполнен с возможностью:

определять одно или несколько отношений R одного или нескольких рабочих параметров камеры сгорания COP соответственно на нагрузке L к соответственным опорным рабочим параметрам камеры сгорания COPR на опорной нагрузке LR; и

управлять пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного одного или нескольких отношений R.

В соответствии с шестым аспектом, обеспечена газовая турбина, выполненная с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом топлива FF в камеру сгорания, причем средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, причем газовая турбина содержит контроллер, выполненный с возможностью:

определять одно или несколько отношений R одного или нескольких рабочих параметров камеры сгорания COP соответственно на нагрузке L к соответственным опорным рабочим параметрам камеры сгорания COPR на опорной нагрузке LR; и

управлять пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного одного или нескольких отношений R.

В соответствии с седьмым аспектом, обеспечен способ управления газовой турбиной, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом топлива FF в камеру сгорания, причем средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, причем способ содержит:

определение одного или нескольких отношений R одного или нескольких рабочих параметров камеры сгорания COP соответственно на нагрузке L к соответственным опорным рабочим параметрам камеры сгорания COPR на опорной нагрузке LR; и

управление пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного одного или нескольких отношений R;

за счет чего стабильность пламени и/или выброс улучшается.

В соответствии с восьмым аспектом, обеспечен осязаемый не-временный считываемый компьютером носитель хранения, имеющий записанные на нем инструкции, которые при реализации контроллером для газовой турбины, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом топлива FF в камеру сгорания, причем средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, побуждают контроллер выполнять способ управления газовой турбиной, причем способ соответствует седьмому аспекту и/или третьему аспекту.

СУЩНОСТЬ изобретения

В соответствии с настоящим изобретением обеспечен контроллер для газовой турбины, как изложено в прилагаемой формуле изобретения. Также обеспечена газовая турбина, способ управления газовой турбиной и осязаемый не-временный считываемый компьютером носитель хранения. Другие признаки изобретения станут очевидны из зависимых пунктов формулы изобретения и последующего описания.

В настоящей спецификации, термин “содержащий” или “содержит” означает включение указанного компонента(ов), но не исключение присутствия других компонентов. Термин “состоящий в основном из” или “состоит в основном из” означает включение указанных компонентов, но исключение других компонентов кроме материалов, присутствующих как примеси, неизбежных материалов, присутствующих как результат процессов, используемых для обеспечения компонентов, и компонентов, добавляемых с целью, отличной от достижения технического эффекта изобретения, таких как красители и тому подобное.

Термин “состоящий из” или “состоит из” означает включение указанных компонентов, но исключение других компонентов.

Где это уместно, в зависимости от контекста, использование термина “содержащий” или “содержит” может также быть выбрано, чтобы включать значение “состоит в основном из” или “состоящий в основном из”, а также может быть выбрано, чтобы включать значение “состоит из” или “состоящий из”.

Опциональные признаки, изложенные здесь, могут использоваться либо по отдельности, либо в комбинации друг с другом, где уместно, и, в частности, в комбинациях, как изложено в прилагаемой формуле изобретения. Опциональные признаки для каждого аспекта или примерного варианта осуществления изобретения, как изложено здесь, также применимы ко всем другим аспектам или примерным вариантам осуществления изобретения, где это уместно. Другими словами, специалист в данной области техники, читающий настоящую спецификацию, должен рассматривать опциональные признаки для каждого аспекта или примерного варианта осуществления изобретения как взаимозаменяемые и комбинируемые между разными аспектами и примерными вариантами осуществления.

В соответствии с первым аспектом, обеспечен контроллер для газовой турбины, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом топлива FF в камеру сгорания, причем средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, причем контроллер выполнен с возможностью управлять пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, расхода топлива FF.

Посредством управления пропорцией P (т.е. разделения) расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, расхода топлива FF, управление газовой турбиной может быть улучшено, чтобы улучшить температуру металла и/или выброс, по мере изменения нагрузки L, например. Это улучшение в частности наблюдается при высоких нагрузках, например, >90%, и/или при высоких температурах, как описано ниже.

Управление пропорцией P таким путем может применяться, например, в качестве модификаций традиционных алгоритмов управления запальным топливом, чтобы вычислять и применять смещения разделения запального топлива для традиционных карт (картограмм) разделений запального топлива для каждой нагрузки L и/или для пакетов карт разделений, основываясь, по меньшей мере частично, на расходе топлива FF.

Путем улучшения температуры металла, надежность газовой турбины может быть улучшена. Путем улучшения выбросов, например, уменьшения выбросов NOx, воздействие на среду может быть улучшено.

Изобретатели определили, что вариации внешней среды могут иметь значительное влияние на выбросы NOx и/или на температуры металла в запальной области, где топливо сжигается обогащенным для обеспечения стабильности пламени. То есть, выбросы NOx могут представлять собой функцию TFIRE, которая зависит от свойств воздуха и топлива, например, температуры, давления, расхода и т.д. Выбросы NOx также зависят от процента запального топлива. Требуется точная регулировка процента запального топлива, так как меньшее количество запального топлива приводит к слабой стабильности пламени, а большее количество запального топлива приводит к высоким выбросам NOx.

В другом варианте осуществления, если TFIRE > 1550 K, требование (пропорция P) разделения запального топлива

где XX представляет собой желательный поток топлива в одной камере сгорания через запальную форсунку и задается в киловаттах (кВт). В ином случае, требование запального разделения является таким, как согласно карте исходного запального разделения. Фундаментальная разница в этом варианте осуществления состоит в том, что алгоритм преобразуется из кг/сек в использование киловатт. Использование расхода (кг/сек) требует использования расходомеров для измерения потока(ов) топлива, и в принципе существует задержка времени до регулирования разделения потока запального топлива. В этом способе, однако, отклик управляющей системы будет более быстрым и более точным по сравнению с использованием расхода во время переходной операции.

Традиционные способы управления газовыми турбинами не учитывают все эти факторы, основываясь обычно на проценте запального топлива (проценте от полного топлива) и, как описано ранее, используются для поддержания пламени стабильным.

Изобретатели определили, что выбросы NOx могут характеризоваться сильной зависимостью процента запального топлива при использовании газового и/или жидкого топлива. Когда расход топлива повышается при относительно низких температурах, расход запального топлива в первичную зону сгорания также обычно повышается, как описано выше. Дополнительно, выбросы NOx могут изменяться из-за объемного выделения и/или генерации тепла. Например, при относительно низких температурах, выделение тепла может быть относительно выше, если повышенные величины потока запального топлива (при том же процентном разделении запального топлива) присутствуют в области стабильности, которая часто представляет собой область ядра вихря, камеры сгорания. Таким образом, процентное разделение запального топлива как функции температуры выпуска камеры сгорания ТХ или температуры впуска турбины TI может не учитывать выбросы NOx и/или температуры металла.

Газовая турбина может быть такой как описано в отношении фиг. 1-3.

В одном примере, камера сгорания содержит и/или представляет собой цилиндрическую, кольцевую или трубчато-кольцевую камеру сгорания. В одном примере, газовая турбина включает в себя множество камер сгорания, например, таких камер сгорания. В одном примере, первое средство подачи топлива содержит и/или представляет собой средство подачи запального топлива. В одном примере, первое средство подачи топлива представляет собой одно средство подачи запального топлива. В одном примере, второе средство подачи топлива содержит и/или представляет собой средство подачи основного топлива. В одном примере, газовая турбина содержит множество камер сгорания, первое средство подачи топлива содержит множество средств подачи запального топлива, например, соответствующие и/или соответственные средства подачи запального топлива, и второе средство подачи топлива содержит множество средств подачи основного топлива, например, соответствующие и/или соответственные средства подачи основного топлива. Другими словами, каждая камера сгорания может включать в себя форсунку запального топлива и форсунку основного топлива, ассоциированные с первым средством подачи топлива и вторым средством подачи топлива соответственно. В одном примере, топливо представляет собой газовое топливо, например, природный газ. В одном примере, топливо представляет собой жидкое топливо, например, нефтяное топливо. Для газового топлива, вместо спада запального давления как описано здесь, более важным может быть коэффициент давления на форсунке запального топлива. В общем случае, коэффициент давления должен быть таким, что отсутствует обратный поток и/или высокие вариации от камеры сгорания к камере сгорания.

Следует понимать, что расход топлива FF представляет собой полный расход топлива FF. То есть, расход топлива FF включает в себя топливо, подаваемое в камеру сгорания посредством первого средства подачи топлива и второго средства подачи топлива. Например, если газовая турбина включает в себя множество камер сгорания, расход топлива FF включает в себя топливо, подаваемое во множество камер сгорания посредством первого средства подачи топлива и второго средства подачи топлива. В одном примере, расход топлива FF определяется нагрузкой L. То есть, если нагрузка L изменяется, расход топлива FF может изменяться соответственно.

В одном примере, газовая турбина содержит один или несколько датчиков, выполненных с возможностью воспринимать, например, измерять, расход топлива FF и/или нагрузку L, и контроллер выполнен с возможностью получать измеренный расход топлива FF и/или нагрузку L от них.

В одном примере, контроллер выполнен с возможностью управлять пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, опорного расхода топлива FFR.

В одном примере, опорный расход топлива FFR находится на первой предопределенной температуре T1, предпочтительно 323 K температуры впуска воздуха в газовую турбину, и/или первой предопределенной нагрузке L1, предпочтительно 100%.

В одном примере, контроллер выполнен с возможностью управлять пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, опорной пропорции PR расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива.

В одном примере, контроллер выполнен с возможностью управлять пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, опорной пропорции PR расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива.

В одном примере, контроллер выполнен с возможностью управлять пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, разделения опорной пропорции PRS расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива.

Дополнительно и/или альтернативно, пропорция P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, может быть описана уравнением 1 ниже как:

где

В одном примере, разделение опорной пропорции PRS находится на первой предопределенной температуре T1, предпочтительно 323 K, и/или первой предопределенной нагрузке L1, предпочтительно 100%.

В одном примере, разделение опорной пропорции PRS представляет собой запальное процентное содержание в качестве функции температуры впуска турбины TI.

В одном примере, разделение опорной пропорции PRS основано, по меньшей мере частично, на минимальном расходе топлива, ниже которой конус распыления жидкости из форсунки средства подачи топлива, например форсунки первого средства подачи топлива, разрушается.

В одном примере, разделение опорной пропорции PRS основано, по меньшей мере частично, на минимальном расходе топлива, ниже которого не существует положительного и/или результирующего потока в камеру сгорания через форсунку средства подачи топлива, например, форсунку первого средства подачи топлива.

Таким образом, пропорция P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, расхода топлива FF учитывает, например, физику спада давления распыления жидкого топлива и/или коэффициента давления газового топлива. Например, если спад давления слишком низок, вариация между камерами сгорания может быть значительной, с разными зонами сгорания, имеющими разные расходы топлива, что затрудняет управление газовой турбиной при таких слабых потоках топлива. Например, для спада давления распыления жидкости от вихревых инжекторов или форсунок давления, минимальный требуемый спад давления может составлять 0,5 бар. Для газового топлива, минимальный требуемый коэффициент давления может составлять 1,005 или спад давления 0,5%.

В одном примере, опорная пропорция PR расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, находится на второй предопределенной температуре T2, предпочтительно 323 K, и/или второй предопределенной нагрузке L2, предпочтительно 100%.

Предпочтительно, вторая предопределенная температура T2 может представлять собой температуру газа на выходе компрессора. Эта вторая предопределенная температура T2 будет выше, чем температура впуска компрессора или в общем выше, чем 323 K, поскольку работа компрессора будет добавляться к флюиду на выходе, и поэтому температура будет выше, чем 323 K.

В одном примере, пропорция P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, определяется посредством P=(FFR*PR)/FF.

В одном примере, опорный расход топлива FFR находится на первой предопределенной температуре T1 и/или первой предопределенной нагрузке L1, и/или опорная пропорция PR находится на второй предопределенной температуре T2 и/или второй предопределенной нагрузке L2.

В одном примере, первая предопределенная температура T1 и вторая предопределенная температура T2 являются одними и теми же (т.е. равными). В одном примере, первая предопределенная нагрузка L1 и вторая предопределенная нагрузка L2 являются одними и теми же (т.е. равными).

В одном примере, контроллер выполнен с возможностью управлять расходом топлива FF на основе, по меньшей мере частично, температуры внешней среды TA.

В одном примере, газовая турбина содержит один или несколько датчиков, выполненных с возможностью воспринимать, например, измерять, температуру внешней среды TA, и контроллер выполнен с возможностью получать измеренную температуру внешней среды TA от них.

В одном примере, контроллер выполнен с возможностью управлять пропорцией P расхода топлива F, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, расхода топлива FF, если температура выпуска камеры сгорания ТХ больше, чем третья предопределенная температура T3 и/или если температура впуска турбины TI больше, чем четвертая предопределенная температура T4.

В одном примере, газовая турбина содержит один или несколько датчиков, выполненных с возможностью воспринимать, например, измерять, температуру выпуска камеры сгорания TX и/или температуру впуска турбины TI, и контроллер выполнен с возможностью получать измеренную температуру выпуска камеры сгорания TX и/или измеренную температуру впуска турбины TI от них.

В одном примере, третья предопределенная температура T3 находится в диапазоне от приблизительно 1400 K до 1900 K, предпочтительно в диапазоне от приблизительно 1500 K до 1700 K, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 1550 K до 1650 K.

В одном примере, четвертая предопределенная температура T4 находится в диапазоне от приблизительно 1400 K до 1900 K, предпочтительно в диапазоне от приблизительно 1500 K до 1700 K, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 1550 K до 1650 K.

Четвертая предопределенная температура T4 может зависеть от конкретной конструкции камеры сгорания.

Таким образом, управление пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, расхода топлива FF, находится на температурах, где тепловые выбросы NOx доминируют, и/или когда учитываются температуры металлического наконечника. При температурах выше T3 и/или T4, расход топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, составляет по меньшей мере минимальное значение, так что выбросы NOx могут уменьшаться по диапазону температур внешней среды, и/или температуры металла вблизи запальной зоны могут уменьшаться, улучшая надежность и/или приводя к более высокому сроку службы компонента.

Минимальный требуемый спад давления для приемлемого распыления предполагается при температуре внешней среды 50ºC и нагрузке L 100%. Ниже этого расхода топлива FF, могут иметься относительно высокие вариации от камеры сгорания к камере сгорания. В соответствии с управлением, обеспечиваемым первым аспектом, карта разделения запального топлива может изменяться при поддержании приемлемого спада давления.

В соответствии с управлением, обеспечиваемым первым аспектом, карта разделения запального топлива может изменяться на основе температуры впуска турбины TI при обеспечении, что температура внешней среды 50ºC и нагрузка L 100% представляют собой худшее условие или условие ограничения, при котором вычисляется масштабирующий коэффициент. Таким образом, управление газовой турбиной может быть легко реализовано.

В соответствии с управлением, обеспечиваемым первым аспектом, различия в отношении по меньшей мере выбросов NOx между условиями тестирования на месте и действительными рабочими работы после установки на месте, например, при относительно низких температурах внешней среды и/или 100% нагрузке на месте, могут быть уменьшены.

В одном примере, контроллер выполнен с возможностью управлять пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, для обеспечения постоянства, если температура выпуска камеры сгорания TX находится на наибольшей третьей предопределенной температуре T3.

В одном примере, контроллер содержит память и процессор, причем память включает в себя инструкции, которые при исполнении процессором побуждают контроллер выполнять способ управления газовой турбиной, как описано в настоящем документе, например, как описано выше и/или в соответствии с третьим аспектом. В одном примере, контроллер содержит блок связи, выполненный с возможностью осуществлять связь с одним или несколькими датчиками, как описано выше. В одном примере, контроллер содержит память, выполненную с возможностью хранения одной или нескольких предопределенных нагрузок, например, первой предопределенной нагрузки L1, и/или предопределенных температур, например, первой предопределенной температуры T1, второй предопределенной температуры T2, третьей предопределенной температуры T3 и/или четвертой предопределенной температуры T4, как описано выше.

В соответствии с вторым аспектом, обеспечена газовая турбина, выполненная с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом топлива FF в камеру сгорания, причем средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, причем газовая турбина содержит контроллер, выполненный с возможностью управлять пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, расхода топлива FF.

Газовая турбина, нагрузка L, средство подачи топлива, расход топлива FF, камера сгорания, первое средство подачи топлива, второе средство подачи топлива, контроллер и/или пропорция P могут быть такими, как описано в отношении первого аспекта.

В соответствии с третьим аспектом, обеспечен способ управления газовой турбиной, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом топлива FF в камеру сгорания, причем средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, причем способ содержит:

управление пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, расхода топлива FF;

за счет чего температура металла и/или выброс улучшается.

Газовая турбина, нагрузка L, средство подачи топлива, расход топлива FF, камера сгорания, первое средство подачи топлива, второе средство подачи топлива, контроллер и/или пропорция P могут быть такими, как описано в отношении первого аспекта и/или второго аспекта. Выброс может представлять собой, например, выброс NOx.

В одном примере, управление пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, основано, по меньшей мере частично, на опорном расходе топлива FFR.

В одном примере, опорный расход топлива FFR находится на первой предопределенной температуре T1, предпочтительно 323 K, и/или первой предопределенной нагрузке L1, предпочтительно 100%.

В одном примере, управление пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, основано, по меньшей мере частично, на опорной пропорции PR расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива.

В одном примере, опорная пропорция PR расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, находится на второй предопределенной температуре T2, предпочтительно 323 K, и/или второй предопределенной нагрузке L2, предпочтительно 100%.

В одном примере, способ содержит управление пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, разделения опорной пропорции PRS расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива.

В одном примере, разделение опорной пропорции PRS находится на первой предопределенной температуре T1, предпочтительно 323 K, и/или первой предопределенной нагрузке L1, предпочтительно 100%.

В одном примере, разделение опорной пропорции PRS представляет собой запальное процентное содержание в качестве функции температуры впуска турбины TI.

В одном примере, разделение опорной пропорции PRS основано, по меньшей мере частично, на минимальном расходе топлива, ниже которого конус распыления жидкости из форсунки средства подачи топлива, например форсунки первого средства подачи топлива, разрушается.

В одном примере, разделение опорной пропорции PRS основано, по меньшей мере частично, на минимальном расходе топлива, ниже которого не существует положительного и/или результирующего потока в камеру сгорания через форсунку средства подачи топлива, например, форсунку первого средства подачи топлива.

В одном примере, пропорция P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, определяется посредством P=(FFR*PR)/FF.

В одном примере, опорный расход топлива FFR находится на первой предопределенной температуре T1 и/или первой предопределенной нагрузке L1, и/или опорная пропорция PR находится на второй предопределенной температуре T2 и/или второй предопределенной нагрузке L2.

В одном примере, способ содержит измерение температуры внешней среды TA, и причем расход топлива FF основан, по меньшей мере частично, на температуре внешней среды TA.

В одном примере, способ содержит измерение температуры выпуска камеры сгорания TX и/или температуры впуска турбины TI, и причем управление пропорцией P расхода топлива F, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, основано, по меньшей мере частично, на расходе топлива FF, если температура выпуска камеры сгорания TX больше, чем третья предопределенная температура T3, и/или если температура впуска турбины TI больше, чем четвертая предопределенная температура T4.

В одном примере, третья предопределенная температура T3 находится в диапазоне от приблизительно 1400 K до 1900 K, предпочтительно в диапазоне от приблизительно 1500 K до 1700 K, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 1550 K до 1650 K.

В одном примере, если температура выпуска камеры сгорания TX находится на наибольшей третьей предопределенной температуре T3, пропорция P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, является постоянной.

В одном примере, управление пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, основано, по меньшей мере частично, на требуемом значении в киловаттах.

В одном примере, газовая турбина содержит компрессор, и вторая предопределенная температура T2 представляет собой температуру газа на выходе компрессора.

Первая предопределенная температура T1 может представлять собой температуру внешней среды.

Вторая предопределенная температура T2 может представлять собой температуру внешней среды.

В соответствии с четвертым аспектом, обеспечен осязаемый не-временный считываемый компьютером носитель хранения, имеющий записанные на нем инструкции, которые при реализации контроллером для газовой турбины, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом топлива FF в камеру сгорания, причем средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, побуждают контроллер выполнять способ управления газовой турбиной, причем способ соответствует третьему аспекту.

В соответствии с пятым аспектом, обеспечен контроллер для газовой турбины, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом топлива FF в камеру сгорания, причем средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, причем контроллер выполнен с возможностью:

определять одно или несколько отношений R одного или нескольких рабочих параметров камеры сгорания COP соответственно при нагрузке L к соответственным опорным рабочим параметрам камеры сгорания COPR при опорной нагрузке LR; и

управлять пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного одного или нескольких отношений R.

Посредством управления пропорцией P (т.е. разделением) расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, например, средства подачи запального топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного одного или нескольких отношений R, пропорция P может меняться вдоль линии температуры управления снижением (TCT), например, линии по существу постоянной TCT, по мере изменения нагрузки L, например, уменьшения от полной нагрузки L, подаваемой газовой турбиной. Таким образом, управление газовой турбиной может быть улучшено, чтобы улучшить стабильность пламени и/или выбросы, по мере изменения нагрузки L, например.

Управление пропорцией P таким путем может применяться, например, в качестве модификаций традиционных алгоритмов управления запальным топливом, чтобы вычислять и применять смещения разделения запального топлива для традиционных карт разделений запального топлива для каждой нагрузки L и/или для пакетов карт разделений, основываясь, по меньшей мере частично, на определенном одном или нескольких отношениях R.

Таким образом, могут быть обеспечены улучшенные, например, более точные начальные условия для управления разделениями запального топлива (т.е. пропорцией P) при каждой нагрузке L вдоль линии по существу постоянной TCT, чтобы достичь улучшенной характеристики сгорания с точки зрения стабильности пламени и/или выбросов. Путем улучшения стабильности пламени, надежность газовой турбины может быть улучшена. Путем улучшения характеристик выбросов, например, сокращения выбросов NOx, воздействие на среду может быть улучшено.

Например, традиционное разделение запального топлива может представлять собой предопределенное постоянное значение разделения запального топлива вдоль линии постоянной TCT по мере снижения нагрузки L.

Напротив, пропорция P (т.е. разделение запального топлива в соответствии с изобретением) является непостоянной вдоль линии постоянной TCT по мере снижения нагрузки L, управляемой на основе, по меньшей мере частично, определенного одного или нескольких отношений R, как описано выше.

В частности, пропорция P может увеличиваться линейно по мере повышения нагрузки L вдоль линии TCT, например. На нижнем конце линии постоянной TCT, пропорция P может быть меньше, чем традиционное разделение запального топлива, а на верхнем конце линии постоянной TCT, пропорция P может стремиться в направлении и/или быть равной традиционному разделению запального топлива. При нагрузках L ниже нижнего конца линии постоянной TCT, пропорция P может повышаться по мере уменьшения температуры на входе турбины (TET), оставаясь меньше, но стремясь к традиционному разделению запального топлива по мере уменьшения нагрузки L. При нагрузках L выше верхнего конца линии постоянной TCT, пропорция P может снижаться по мере повышения TET до полной нагрузки L, по существу равной значению традиционного разделения запального топлива. То есть, пропорция P может находиться на наибольшем значении традиционного разделения запального топлива для данной нагрузки L и может быть меньше, чем значение традиционного разделения запального топлива для промежуточных нагрузок L, например, в диапазоне примерно от 10% до 60% полной нагрузки L.

Контроллер может быть дополнительно выполнен, как описано в отношении первого аспекта. Предпочтительно, первый аспект может улучшать температуру металла и/или выброс на высоких нагрузках L и/или температурах, как описано ранее, в то время как пятый аспект может улучшать стабильность пламени и/или выброс на промежуточных нагрузках L, тем самым обеспечивая синергетические преимущества.

В одном примере, обеспечен контроллер для газовой турбины, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом топлива FF в камеру сгорания, причем средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, причем контроллер выполнен с возможностью:

определять одно или несколько отношений R одного или нескольких рабочих параметров камеры сгорания COP соответственно при нагрузке L к соответственным опорным рабочим параметрам камеры сгорания COPR при опорной нагрузке LR;

управлять пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного одного или нескольких отношений R; и

причем контроллер выполнен с возможностью управлять пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, расхода топлива FF.

Газовая турбина может быть такой, как описано в отношении фиг. 1-3.

В одном примере, камера сгорания содержит и/или представляет собой цилиндрическую, кольцевую или трубчато-кольцевую камеру сгорания. В одном примере, газовая турбина включает в себя множество камер сгорания, например, такие камеры сгорания. В одном примере, первое средство подачи топлива содержит и/или представляет собой средство подачи запального топлива. В одном примере, первое средство подачи топлива представляет собой одно средство подачи запального топлива. В одном примере, второе средство подачи топлива содержит и/или представляет собой средство подачи основного топлива. В одном примере, газовая турбина содержит множество камер сгорания, первое средство подачи топлива содержит множество средств подачи запального топлива, например, соответствующие и/или соответственные средства подачи запального топлива, и второе средство подачи топлива содержит множество средств подачи основного топлива, например, соответствующие и/или соответственные средства подачи основного топлива. Другими словами, каждая камера сгорания может включать в себя форсунку запального топлива и форсунку основного топлива, ассоциированные с первым средством подачи топлива и вторым средством подачи топлива соответственно. В одном примере, топливо представляет собой газовое топливо, например, природный газ. В одном примере, топливо представляет собой жидкое топливо, например, нефтяное топливо.

В одном примере, опорная нагрузка LR представляет собой полную нагрузку (т.е. 100% нагрузку L), подаваемую газовой турбиной.

В одном примере, рабочий параметр камеры сгорания COP представляет собой параметр, выбираемый из группы, содержащей интенсивность сгорания CI камеры сгорания, коэффициент эквивалентности ER камеры сгорания и функцию впуска камеры сгорания CIF камеры сгорания.

Изобретатели определили, что один или несколько из этих рабочих параметров камеры сгорания COP могут быть особенно полезными в улучшении стабильности пламени и/или выброса, например, выброса NOx.

В одном примере, интенсивность сгорания CI определяется, основываясь, по меньшей мере частично, на вводе тепла HI в газовую турбину, давлении на выходе компрессора СЕР газовой турбины и/или объеме камеры сгорания CV камеры сгорания, и контроллер выполнен с возможностью:

определять интенсивность сгорания CI;

определять первый коэффициент R1 интенсивности сгорания CI при нагрузке L к опорной интенсивности сгорания CIR при опорной нагрузке LR; и

управлять пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного первого отношения R1.

В одном примере, опорная нагрузка LR представляет собой полную нагрузку, подаваемую газовой турбиной, и опорная интенсивность сгорания CIR при опорной нагрузке LR представляет собой интенсивность сгорания CIR при полной нагрузке, подаваемой газовой турбиной.

В одном примере, интенсивность сгорания CI определяется посредством CI=HI/(CEP×CV), и контроллер выполнен с возможностью определять ввод тепла HI, давление на выходе компрессора СЕР и/или объем камеры сгорания CV.

Ввод тепла HI может быть получен на основе расхода топлива FF, теплотворного значения топлива и удельной массы топлива.

Давление на выходе компрессора СЕР может выводиться на основе коэффициента давления газовой турбины (двигателя) и/или может измеряться.

Объем камеры сгорания CV может измеряться/определяться на основе геометрических измерений системы сгорания, например, (предкамера+труба+tduct).

Более подробно, интенсивность сгорания CI может определяться уравнением 1 ниже как:

В одном примере, газовая турбина включает в себя множество камер сгорания, и объем камеры сгорания CV представляет собой полный объем камеры сгорания CV множества камер сгорания. В одном примере, объем камеры сгорания предопределен, например, посредством измерения, и контроллер выполнен с возможностью хранения объема камеры сгорания CV.

В одном примере, газовая турбина содержит один или несколько датчиков, выполненных с возможностью воспринимать ввод тепла HI и/или давление на выходе компрессора СЕР, и контроллер выполнен с возможностью получать воспринятый ввод тепла HI и/или давление на выходе компрессора СЕР от них.

В одном примере, коэффициент эквивалентности ER (также известный как Φ) определяется на основе, по меньшей мере частично, расхода топлива FF в камеру сгорания, расхода воздуха FA в камеру сгорания и/или стехиометрического отношения топлива к воздуху SFAR, и причем контроллер выполнен с возможностью:

определять коэффициент эквивалентности ER;

определять второе отношение R2 коэффициента эквивалентности ER при нагрузке L к опорному коэффициенту эквивалентности ERR при опорной нагрузке LR; и

управлять пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного второго отношения R2.

В одном примере, коэффициент эквивалентности ER определяется посредством ER=(FF/FA)/SFAR, и причем контроллер выполнен с возможностью определять расход топлива FF, расход воздуха FA и/или стехиометрическое отношение топлива к воздуху SFAR.

Расход топлива FF может определяться, например, измеряться, с использованием расходомера.

Расход воздуха FA может определяться, например, вычисляться, на основе скорости компрессора и коэффициента давления двигателя.

Стехиометрическое отношение топлива к воздуху SFAR может определяться, например, вычисляться, как значение, специфическое для определенного состава топлива, и может представлять собой теоретическое значение, которое предполагает, что реакция между углеродными и кислородными компонентами завершается без какого-либо превышения первого или последнего, для достижения полного потребления обоих компонентов. Если в смеси существует больше кислорода, то смесь называется бедной смесью. Это типично для газовых турбин, для которых обычно дается ссылка на бедные предварительно смешанные системы. Однако когда существует избыток топлива, ссылка вместо этого дается на обогащенные системы, также упоминаемые для газовых турбин, но не так часто.

Более подробно, коэффициент эквивалентности ER может определяться уравнением 2 ниже как:

где

В одном примере, газовая турбина содержит один или несколько датчиков, выполненных с возможностью воспринимать расход топлива FF и/или расход воздуха FA, и контроллер выполнен с возможностью получать воспринятый расход топлива и/или расход воздуха FA от них.

В одном примере, функция впуска камеры сгорания CIF определяется на основе, по меньшей мере частично, расхода воздуха FA в камеру сгорания, температуры на выходе компрессора СЕТ газовой турбины и/или давления на выходе компрессора СЕР газовой турбины, и контроллер выполнен с возможностью:

определять функцию впуска камеры сгорания CIF;

определять третье отношение R3 функции впуска камеры сгорания CIF при нагрузке L к опорной функции впуска камеры сгорания CIFR при опорной нагрузке LR; и

управлять пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного третьего отношения R3.

В одном примере, функция впуска камеры сгорания CIF определяется посредством CIF=(FA×√CET)/CEP, и контроллер выполнен с возможностью определять расход воздуха FA, температуру на выходе компрессора СЕТ и/или давление на выходе компрессора СЕР.

Расход воздуха FA может определяться, например, вычисляться, на основе скорости компрессора и коэффициента давления двигателя (т.е. газовой турбины).

Температура на выходе компрессора СЕТ может определяться, например, измеряться, посредством термопар и/или может выводиться на основе коэффициента давления двигателя (т.е. газовой турбины).

Давление на выходе компрессора СЕР может определяться, например, выводиться, на основе коэффициента давления двигателя и/или может измеряться.

Более подробно, функция впуска камеры сгорания CIF может определяться уравнением 3 как:

В одном примере, газовая турбина содержит один или несколько датчиков, выполненных с возможностью воспринимать расход воздуха FA, температуру на выходе компрессора CET и/или давление на выходе компрессора CEP, и контроллер выполнен с возможностью получать воспринятый расход воздуха FA, температуру на выходе компрессора CET и/или давление на выходе компрессора CEP от них.

В одном примере, контроллер выполнен с возможностью:

определять спускной расход FB; и

управлять пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного спускного расхода FB.

В одном примере, газовая турбина содержит один или несколько датчиков, выполненных с возможностью воспринимать спускной расход FB, и контроллер выполнен с возможностью получать спускной расход FB от них.

В одном примере, спускной расход FB представляет собой массовый расход воздуха к выпуску и/или впуску газовой турбины.

В одном примере, газовая турбина содержит один или несколько датчиков, выполненных с возможностью воспринимать массовый расход воздуха к выпуску и/или впуску газовой турбины, и контроллер выполнен с возможностью получать воспринятый массовый расход воздуха к выпуску и/или впуску газовой турбины от них.

В одном примере, нагрузка L и/или расход топлива FF и/или температура на входе в турбину ТЕТ является по существу постоянной.

В одном примере, газовая турбина содержит один или несколько датчиков, выполненных с возможностью воспринимать нагрузку L и/или расход топлива FF и/или температуру на входе в турбину ТЕТ, и контроллер выполнен с возможностью получать воспринятую нагрузку L и/или расход топлива FF и/или температуру на входе в турбину ТЕТ от них.

В одном примере, контроллер содержит память и процессор, причем память включает в себя инструкции, которые при исполнении процессором, побуждают контроллер выполнять способ управления газовой турбиной, как описано в настоящем документе, например, как описано выше и/или в соответствии с седьмым аспектом и/или третьим аспектом. Другими словами, контроллер может быть выполнен, например, с возможностью определять одно или несколько отношений R одного или нескольких рабочих параметров камеры сгорания COP соответственно при нагрузке L к соответственным опорным рабочим параметрам камеры сгорания COPR при опорной нагрузке LR, определять рабочие параметры камеры сгорания COP, как описано выше и/или управлять пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного одного или нескольких отношений R, в соответствии с инструкциями, исполняемыми процессором. В одном примере, контроллер содержит блок связи, выполненный с возможностью осуществлять связь с одним или несколькими датчиками, как описано выше. В одном примере, контроллер содержит память, выполненную с возможностью хранения одного или более одного или нескольких отношений R одного или нескольких рабочих параметров камеры сгорания COP соответственно при нагрузке L, соответственных опорных рабочих параметров камеры сгорания COPR при опорной нагрузке LR и/или определенных рабочих параметров камеры сгорания COP, как описано выше.

В соответствии с шестым аспектом, обеспечена газовая турбина, выполненная с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом топлива FF в камеру сгорания, причем средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, причем газовая турбина содержит контроллер, выполненный с возможностью:

определять одно или несколько отношений R одного или нескольких рабочих параметров камеры сгорания COP соответственно при нагрузке L к соответственным опорным рабочим параметрам камеры сгорания COPR при опорной нагрузке LR; и

управлять пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного одного или нескольких отношений R.

Газовая турбина, нагрузка L, средство подачи топлива, расход топлива FF, камера сгорания, первое средство подачи топлива, второе средство подачи топлива, контроллер, отношения R, рабочие параметры камеры сгорания COP, опорные рабочие параметры камеры сгорания COPR, опорная нагрузка LR и/или пропорция P могут быть такими, как описано в отношении пятого аспекта и/или первого аспекта.

В соответствии с седьмым аспектом, обеспечен способ управления газовой турбиной, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом топлива FF в камеру сгорания, причем средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, причем способ содержит:

определение одного или нескольких отношений R одного или нескольких рабочих параметров камеры сгорания COP соответственно при нагрузке L к соответственным опорным рабочим параметрам камеры сгорания COPR при опорной нагрузке LR; и

управление пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного одного или нескольких отношений R;

за счет чего стабильность пламени и/или выброс улучшается.

Газовая турбина, нагрузка L, средство подачи топлива, расход топлива FF, камера сгорания, первое средство подачи топлива, второе средство подачи топлива, контроллер, отношения R, рабочие параметры камеры сгорания COP, опорные рабочие параметры камеры сгорания COPR, опорная нагрузка LR и/или пропорция P могут быть такими, как описано в отношении пятого аспекта, шестого аспекта, первого аспекта и/или второго аспекта. Выброс может представлять собой, например, выброс NOx.

В одном примере, обеспечен способ управления газовой турбиной, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом топлива FF в камеру сгорания, причем средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, причем способ содержит:

определение одного или нескольких отношений R одного или нескольких рабочих параметров камеры сгорания COP соответственно при нагрузке L к соответственным опорным рабочим параметрам камеры сгорания COPR при опорной нагрузке LR;

управление пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного одного или нескольких отношений R; и

управление пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, расхода топлива FF;

за счет чего температура металла и/или стабильность пламени и/или выброс улучшается.

В одном примере, рабочий параметр камеры сгорания COP представляет собой параметр, выбираемый из группы, содержащей интенсивность сгорания CI камеры сгорания, коэффициент эквивалентности ER камеры сгорания и функцию впуска камеры сгорания CIF камеры сгорания.

В одном примере, интенсивность сгорания CI определяется на основе, по меньшей мере частично, ввода тепла HI в газовую турбину, давления на выходе компрессора СЕР газовой турбины и/или объема камеры сгорания CV камеры сгорания, и причем способ содержит:

определение интенсивности сгорания CI;

определение первого отношения R1 интенсивности сгорания CI при нагрузке L к опорной интенсивности сгорания CIR при опорной нагрузке LR; и

управление пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного первого отношения R1.

В одном примере, интенсивность сгорания CI определяется посредством CI=HI/(CEP×CV), и причем способ содержит определение ввода тепла HI, давления на выходе компрессора СЕР и/или объема камеры сгорания CV.

В одном примере, коэффициент эквивалентности ER определяется на основе, по меньшей мере частично, расхода топлива FF в камеру сгорания, расхода воздуха FA в камеру сгорания и/или стехиометрического отношения топлива к воздуху SFAR, и причем способ содержит:

определение коэффициента эквивалентности ER;

определение второго отношения R2 коэффициента эквивалентности ER при нагрузке L к опорному коэффициенту эквивалентности ERR при опорной нагрузке LR; и

управление пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного второго отношения R2.

В одном примере, коэффициент эквивалентности ER определяется посредством ER=(FF/FA)/SFAR, и причем способ содержит определение расхода топлива FF, расхода воздуха FA и/или стехиометрического отношения топлива к воздуху SFAR.

В одном примере, функция впуска камеры сгорания CIF определяется на основе, по меньшей мере частично, расхода воздуха FA в камеру сгорания, температуры на выходе компрессора СЕТ газовой турбины и/или давления на выходе компрессора СЕР газовой турбины, и причем способ содержит:

определение функции впуска камеры сгорания CIF;

определение третьего отношения R3 функции впуска камеры сгорания CIF при нагрузке L к опорной функции впуска камеры сгорания CIFR при опорной нагрузке LR; и

управление пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного третьего отношения R3.

В одном примере, функция впуска камеры сгорания CIF определяется посредством CIF=(FA×√CET)/CEP, и причем способ содержит определение расхода воздуха FA, температуры на выходе компрессора СЕТ и/или давления на выходе компрессора СЕР.

В одном примере, способ содержит:

определение спускного расхода FB; и

управление пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, определенного спускного расхода FB.

В одном примере, нагрузка L и/или расход топлива FF и/или температура на входе в турбину ТЕТ является по существу постоянной.

В одном примере, опорная нагрузка LR представляет собой полную нагрузку, подаваемую газовой турбиной.

В одном примере, первое средство подачи топлива представляет собой средство подачи запального топлива.

В соответствии с восьмым аспектом, обеспечен осязаемый не-временный считываемый компьютером носитель хранения, имеющий записанные на нем инструкции, которые при реализации контроллером для газовой турбины, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом топлива FF в камеру сгорания, причем средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, побуждают контроллер выполнять способ управления газовой турбиной, причем способ соответствует седьмому аспекту и/или третьему аспекту.

Краткое описание чертежей

Для лучшего понимания изобретения и чтобы показать, как могут быть реализованы его примерные варианты осуществления, будет даваться ссылка, только в качестве примера, на прилагаемые схематичные чертежи, на которых:

Фиг. 1 схематично изображает продольное сечение типовой газовой турбины;

Фиг. 2A схематично изображает продольное сечение типовой камеры сгорания, и фиг. 2B схематично изображает сечение вдоль линии III-III на фиг. 2A;

Фиг. 3 схематично изображает блок-схему, иллюстрирующую получение подач основного и запального топлива в типовой газовой турбине с множеством камер сгорания;

Фиг. 4 показывает график спада запального давления на запальной форсунке как функцию температуры внешней среды для разных нагрузок L для типовой газовой турбины, нормализованную для температуры внешней среды 50ºC и нагрузки L 80%;

Фиг. 5 схематично изображает контроллер для газовой турбины в соответствии с примерным вариантом осуществления;

Фиг. 6 схематично изображает газовую турбину в соответствии с примерным вариантом осуществления;

Фиг. 7 схематично изображает способ управления газовой турбиной в соответствии с примерным вариантом осуществления; и

Фиг. 8 показывает график спада запального давления на запальной форсунке как функцию температуры внешней среды для разных нагрузок L для типовой газовой турбины, нормализованную для температуры внешней среды 50ºC и нагрузки L 80%, в соответствии с примерным вариантом осуществления.

Подробное описание ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг. 5 схематично изображает контроллер 50 для газовой турбины (не показана) в соответствии с примерным вариантом осуществления.

Более подробно, контроллер 50 предназначен для газовой турбины, выполненной с возможностью подавать нагрузку L. Газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом топлива FF в камеру сгорания. Средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива. Контроллер 50 выполнен с возможностью управлять пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, расхода топлива FF.

Контроллер может быть выполнен, как описано ранее.

Фиг. 6 схематично изображает газовую турбину 600 в соответствии с примерным вариантом осуществления.

Более подробно, газовая турбина 600 выполнена с возможностью подавать нагрузку L. Газовая турбина 600 содержит средство 60 подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом топлива FF в камеру сгорания 70. Средство 60 подачи топлива содержит первое средство 61 подачи топлива и второе средство 62 подачи топлива. Газовая турбина 600 содержит контроллер 50, как описано выше со ссылкой на фиг. 5. В частности, контроллер 50 выполнен с возможностью управлять пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства 61 подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, расхода топлива FF.

Фиг. 7 схематично изображает способ управления газовой турбиной в соответствии с примерным вариантом осуществления.

Более подробно, способ предназначен для управления газовой турбиной, выполненной с возможностью подавать нагрузку L, газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подавать топливо с расходом топлива FF в камеру сгорания, причем средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива.

В S701, пропорция P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, управляется на основе, по меньшей мере частично, расхода топлива FF, за счет чего температура металла и/или выброс улучшается.

Способ может включать в себя любой из этапов, описанных ранее.

Как описано выше, управление пропорцией P таким образом может применяться, например, в качестве модификаций традиционных алгоритмов управления запальным топливом, чтобы вычислять и применять смещения разделения запального топлива для традиционных карт разделений запального топлива для каждой нагрузки L и/или для пакетов карт разделений, основываясь, по меньшей мере частично, на расходе топлива FF.

Фиг. 8 показывает график спада запального давления на запальной форсунке как функцию температуры внешней среды для разных нагрузок L для типовой газовой турбины, нормализованную для температуры внешней среды 50ºC и нагрузки L 80%, в соответствии с примерным вариантом осуществления.

Как показано на фиг. 8, для нагрузки L 100%, спад запального давления уменьшается приблизительно на половину для температур внешней среды от -20ºC до +50ºC, что представляет собой то же самое значение, что и при температуре внешней среды +50ºC. С тем же самым спадом давления, расход запального топлива также является тем же самым, что показано как 1,16 единиц от -20ºC до +50ºC. Для температуры внешней среды -30ºC и нагрузки 100%, температура впуска турбины TI меньше, чем четвертая предопределенная температура T4 приблизительно 1600 K, и поэтому нет изменения в пропорции P. Аналогично, для нагрузок L 80% и 90%, температура впуска турбины TI меньше, чем четвертая предопределенная температура T4 приблизительно 1600 K, и поэтому нет изменения в пропорции P. Другими словами, линия 100% нагрузки сдвигается так, что топливный инжектор, находящийся в запальной зоне, где NOx является наиболее чувствительным, принимает более низкий расход топлива, тем самым уменьшая температуру наконечников и/или выбросы NOx.

Хотя предпочтительный вариант осуществления был показан и описан, специалистам в данной области техники будет понятно, что различные изменения и модификации могут производиться без отклонения от объема изобретения, как определено в прилагаемой формуле изобретения и как описано выше.

Внимание обращается на все бумаги и документы, которые поданы одновременно с или ранее настоящей спецификации в связи с настоящей заявкой и которые открыты для публичного просмотра с настоящей спецификацией, и содержание всех таких бумаг и документов включено в настоящий документ посредством ссылки.

Все из признаков, раскрытых в настоящей спецификации (включая прилагаемые формулу изобретения и чертежи), и/или из этапов любого раскрытого способа или процесса, могут комбинироваться в любой комбинации, за исключением комбинаций, где по меньшей мере некоторые из таких признаков и/или этапов являются взаимоисключающими.

Каждый признак, раскрытый в настоящей спецификации (включая прилагаемую формулу изобретения или чертежи), может заменяться альтернативными признаками, служащими той же самой, эквивалентной или аналогичной цели, если явно не выражено иное. Таким образом, если явно не выражено иное, каждый раскрытый признак представляет собой только один пример типичного ряда эквивалентных или аналогичных признаков.

Изобретение не ограничено подробностями предшествующего варианта(ов) осуществления. Изобретение распространяется на любой новый один признак или любую новую комбинацию признаков, раскрытых в настоящей спецификации (включая прилагаемую формулу изобретения и чертежи), или любой новый один этап или любую новую комбинацию этапов любого раскрытого способа или процесса.

Описан контроллер (50) для газовой турбины, выполненной с возможностью подачи нагрузки L. Газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подачи топлива с расходом топлива FF в камеру сгорания. Средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива. Контроллер (50) выполнен с возможностью управления пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, расхода топлива FF. Описаны газовая турбина, содержащая такой контроллер (50), и способ управления такой газовой турбиной. 2 н.и 14 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Способ управления газовой турбиной, выполненной с возможностью подачи нагрузки L, при этом газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подачи топлива с расходом топлива FF в камеру сгорания, причем средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, при этом способ включает:

управление пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, на основе, по меньшей мере частично, расхода топлива FF;

измерение температуры внешней среды TA, причем расход топлива FF основан, по меньшей мере частично, на температуре внешней среды TA,

за счет чего улучшается температура металла и/или выброс.

2. Способ по п. 1, при котором управление пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, основано, по меньшей мере частично, на опорном расходе топлива FFR.

3. Способ по п. 2, при котором опорный расход топлива FFR находится на первой предопределенной температуре T1, предпочтительно 323 K, и/или первой предопределенной нагрузке L1, предпочтительно 100%.

4. Способ по любому из пп. 1-3, при котором управление пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, основано, по меньшей мере частично, на опорной пропорции PR расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива.

5. Способ по п. 4, при котором опорная пропорция PR расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, находится на второй предопределенной температуре T2, предпочтительно 323 K, и/или второй предопределенной нагрузке L2, предпочтительно 100%.

6. Способ по п. 4 или 5, при котором пропорция P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, определяется посредством P=(FFR*PR)/FF.

7. Способ по п. 6, при котором опорный расход топлива FFR находится на первой предопределенной температуре T1 и/или первой предопределенной нагрузке L1 и/или опорная пропорция PR находится на второй предопределенной температуре T2 и/или второй предопределенной нагрузке L2.

8. Способ по любому из пп. 1-7, включающий измерение температуры выпуска камеры сгорания TX и/или температуры впуска турбины TI, причем управление пропорцией P расхода топлива F, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, основано, по меньшей мере частично, на расходе топлива FF, если температура выпуска камеры сгорания TX больше, чем третья предопределенная температура T3, и/или если температура впуска турбины TI больше, чем четвертая предопределенная температура T4.

9. Способ по п. 8, при котором третья предопределенная температура T3 находится в диапазоне от приблизительно 1400 K до 1900 K, предпочтительно в диапазоне от приблизительно 1500 K до 1700 K, более предпочтительно в диапазоне от приблизительно 1550 K до 1650 K.

10. Способ по п. 8 или 9, при котором, если температура выпуска камеры сгорания TX находится на наибольшей третьей предопределенной температуре T3, пропорция P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, является постоянной.

11. Способ по любому из пп. 1-10, при котором первое средство подачи топлива представляет собой средство подачи запального топлива.

12. Способ по любому из пп. 1-11, при котором управление пропорцией P расхода топлива FF, подаваемого посредством первого средства подачи топлива, основано, по меньшей мере частично, на требуемом значении в киловаттах.

13. Способ по любому из пп. 1-11, при котором газовая турбина содержит компрессор, причем вторая предопределенная температура T2 представляет собой температуру газа на выходе компрессора.

14. Способ по п. 3 и любому пункту, зависимому от него, при котором первая предопределенная температура T1 представляет собой температуру внешней среды.

15. Способ по п. 5 и любому пункту, зависимому от него, при котором вторая предопределенная температура T2 представляет собой температуру внешней среды.

16. Осязаемый невременный считываемый компьютером носитель хранения, имеющий записанные на нем инструкции, которые при реализации контроллером для газовой турбины, выполненной с возможностью подачи нагрузки, газовая турбина содержит средство подачи топлива, выполненное с возможностью подачи топлива с расходом топлива FF в камеру сгорания, причем средство подачи топлива содержит первое средство подачи топлива и второе средство подачи топлива, побуждают контроллер выполнять способ управления газовой турбиной по любому из пп. 1-15.